Геологическое строение Большого Водораздельного хребта включает:

• Каледонскую Лакландскую складчатую систему (на юге и северо-западе). 1 Она сложена дислоцированными осадочными и вулканическими породами ордовика, силура, нижнего девона, прорванными гранитами и перекрытыми полого залегающим чехлом верхнепалеозойских и мезозойских отложений. 1
• Герцинскую складчатую систему Новой Англии (на востоке). 1 В её пределах широко распространены дислоцированные комплексы девона, карбона и перми, включающие офиолиты и островодужные вулканиты, прорванные интрузиями гранитов. 1
• Сидней-Боуэнский передовой прогиб (в средней части хребта, от Сиднея на юге до Рокгемптона на севере). 1 Он сложен континентальными и морскими породами верхней перми и триаса, подвергшимися складчатости в триасе. 1

Горы Большого Водораздельного хребта сложены в основном известняками, гранитами, гнейсами, вулканическими породами. 2